CN101907042B - 一种抽吸式消除燃烧振荡的吸气式发动机燃烧室 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抽吸式消除燃烧振荡的吸气式发动机燃烧室，它由喷油环1、阀门2及其管道、突扩结构3和燃烧腔4等部分构成。发动机燃烧室结构除了控制阀门及其所连接的管道外，采用轴对称式布局。发动机壳体与其前端的进气道可以通过一体化制造，焊接或螺纹连接加工成为一个整体。其根据形成低频燃烧振荡的基本原理，通过利用阀门控制抽出燃烧腔内突扩结构中的少量燃气，并控制其抽出时刻和抽出量，将其以一定方式排出燃烧腔，实现破坏原本在该处产生的反向旋涡，利用高速的燃气抽出形成对旋涡的扰动作用，从而起到消除燃烧振荡的作用，保持高效稳定燃烧。

Description

一种抽吸式消除燃烧振荡的吸气式发动机燃烧室

技术领域

本发明涉及一种吸气式发动机结构，具体地说，涉及一种通过抽吸作用能够消除燃烧振荡的吸气式发动机燃烧室。

背景技术

在现有吸气式发动机中，为了实现稳定点火和高效燃烧通常在燃烧室入口处使用突扩结构。但是，这种突扩结构容易在燃烧室中引起纵向低频的燃烧振荡，严重地影响吸气式发动机的性能。现有公开文献“低频振荡燃烧研究综述”(《推进技术》，Vol.17，No.4，1996，47-53)和“液体火箭发动机燃烧不稳定性”(科学出版社，2001年)文中描述了消除燃烧振荡的通常方法是在燃烧室内设置隔板和声腔。但是在燃烧室内设置隔板和声腔会过多的增加发动机的消极重量，也会对热防护带来一定的困难，并且这种方法只对高频燃烧振荡起作用，对低频燃烧振荡的消除作用不明显，也很难满足使用要求。上述文献中还公开了使用音频输出装置和二次燃烧喷射进行燃烧振荡的主动控制方法，由于信号检测和控制作用装置过于庞大，使得这些控制技术实现起来难度也较大，目前难以在工程实践中使用。

本发明针对上述情况，根据形成低频燃烧振荡的基本原理，通过将燃烧室突扩结构中的部分燃气抽出，利用阀门控制抽出时刻和抽出量，实现破坏该处产生的反向旋涡的作用，从而起到消除吸气式发动机燃烧室的低频燃烧振荡的作用。实现吸气式发动机稳定点火和保持高效稳定燃烧。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，利用阀门控制抽出燃烧腔内突扩结构中的少量燃气，并控制其抽出时刻和抽出量，将其以一定方式排出燃烧腔，破坏原本在该处产生的反向旋涡，利用高速的燃气抽出形成对旋涡的扰动作用，从而起到消除燃烧振荡的作用。

为解决上述技术问题，本发明的发动机燃烧室结构的布局除了控制阀门及其所连接的管道外，整个发动机采用轴对称式布局。该发动机包括喷油环、阀门及其管道、突扩形式结构和发动机燃烧腔等部分。其中，喷油环、突扩结构和燃烧腔可根据使用环境选用耐高温高强钢。喷射控制阀门选用具有耐高温功能的阀门实现燃气的抽出。

所述的发动机壳体与其前端的进气道可以通过一体化制造，焊接或螺纹连接加工成为一个整体。燃烧腔入口上游设置有喷油环，提供燃油喷射。喷射控制阀门所连接的管道的抽气端设置于突扩结构的中部，其排出端根据需要设置在发动机或机身的一处，控制阀门位于靠近突扩结构的一端。控制阀门及其管道通过焊接方式与其它部件固定连接。

本发明提出的通过抽吸作用消除燃烧振荡的吸气式发动机燃烧室，是在发动机出现不稳定燃烧时控制阀门开启抽吸燃气，通过将燃烧腔突扩结构内的少量燃气抽出，破坏燃烧腔突扩结构处产生的旋涡，在发动机工作过程中能够有效地消除低频燃烧振荡，其结构简单，效果明显，提高了燃烧室的工作性能和可靠性。阀门控制的吸气量约为燃烧腔内总燃气量的1％～2％左右。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明抽吸式消除燃烧振荡的吸气式发动机燃烧室作进一步详细的说明。

图1为本发明抽吸式消除燃烧振荡的吸气式发动机燃烧室结构示意图。

图2为本发明抽吸式消除燃烧振荡的吸气式发动机燃烧室与普通燃烧室燃烧振荡程度对比曲线图。

1.喷油环      2.阀门      3.突扩结构      4.燃烧腔

具体实施方式

图1为本发明抽吸式消除燃烧振荡的吸气式发动机燃烧室结构图。该抽吸式消除燃烧振荡的吸气式发动机包括喷油环1、阀门2及其管道、突扩结构3和燃烧腔4等部分。抽吸式消除燃烧振荡的吸气式发动机燃烧室结构除了控制阀门及其所连接的管道外，整个发动机采用轴对称式布局。发动机壳体与其前端的进气道可以通过一体化制造，焊接或螺纹连接加工成为一个整体。燃烧腔4入口上游设置有喷油环1，提供燃油喷射。喷射控制阀门2所连接的管道的抽气端设置于突扩结构3的中部，其排出端口根据需要设置在发动机或机身的一处，控制阀门2位于靠近突扩结构3的一端。控制阀门2及其管道通过焊接方式与其它部件固定连接。喷射控制阀门2选用具有耐高温功能的阀门实现燃气的抽出。

本发明在发动机出现不稳定燃烧时控制阀门2开启抽吸燃气，阀门控制的吸气量约为燃烧腔内总燃气量的1％～2％左右。

所述的燃烧室壳体采用30CrMnSiA材料，燃烧室壳体厚度可以根据需要选取，在本实施例中选取为10mm，燃烧室内直径可以根据实际需要选取，在本实施例中取为60mm。燃烧腔4入口的前端设置有喷油环1，喷油环上设置4个均布的支撑点焊接在发动机壳体上，喷油环1采用30CrMnSiA材料。在燃烧腔突扩面上均匀分布4个直径为4mm的小孔，直径为4mm的金属管的一端焊接在与其相对应的4个小孔上。金属管的另一端与耐高温控制阀门2相连接，控制阀门2的另一端为燃气排气口，燃气排气口设置在发动机或机身的外壳上。当燃烧腔4工作后出现燃烧振荡时打开耐高温控制阀门2，由于燃烧腔压强高于环境压强，有一部分燃气通过排气口排出。突扩面上燃气被抽吸会干扰大尺度旋涡的形成，从而实现消除燃烧振荡的作用。

图2为本发明提出的抽吸式消除燃烧振荡的吸气式发动机燃烧室与普通燃烧室燃烧振荡程度对比曲线图。通过对比验证可以发现，使用本发明提出的抽吸式消除燃烧振荡的吸气式发动机燃烧室燃烧振荡幅度远小于普通燃烧室，可以能较好地消除了低频燃烧振荡。

本发明所提出的通过抽吸作用消除燃烧振荡的吸气式发动机燃烧室，是通过将燃烧腔突扩结构内的少量燃气抽出，破坏燃烧腔突扩结构处产生的旋涡，其结构简单，效果明显。在发动机工作过程中能够有效地消除低频燃烧振荡，提高发动机燃烧室的工作性能和可靠性。

Claims (2)

1.一种使用阀门抽气消除燃烧振荡的吸气式发动机燃烧室，包括由30CrMnSiA材料制成的喷油环(1)、突扩结构(3)和燃烧腔(4)，其特征在于：它还包括一个耐高温且具有高频控制功能的阀门(2)及管道；所述燃烧腔(4)突扩面上均匀分布4个直径为4mm的小孔，直径为4mm的金属管的一端焊接在与其相对应的4个小孔上，金属管的另一端与耐高温控制阀门(2)相连接，控制阀门(2)的另一端为燃气排气口，燃气排气口设置在发动机的外壳上；在发动机出现不稳定燃烧时控制阀门(2)开启抽吸燃气，阀门控制的吸气量为燃烧腔内总燃气量的1％～2％之间。

2.根据权利要求1所述的抽气消除燃烧振荡的吸气式发动机燃烧室，其特征在于：燃烧腔(4)入口的前端设置有喷油环(1)，喷油环(1)上设置4个均布的支撑点焊接在发动机壳体上。

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